Учебники 80191

УДК 621.382(07) ББК 32.85я7

Составители:

ст. преп. Е. Л. Савельева, канд. техн. наук В. П. Шелякин

Электроника: методические указания к выполнению лабораторных работ № 5–8 по дисциплине «Электроника» для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электромеханика») очной формы обучения / ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»; сост.: Е. Л. Савельева, В. П. Шелякин. Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2021. 35 с.

Вметодических указаниях представлены теоретические сведения, задания

иметодики выполнения лабораторных работ. Разработка содержит краткие теоретические пояснения, контрольные вопросы для письменного и устного ответов, а также список рекомендуемой литературы.

Предназначены для проведения лабораторных работ по дисциплине «Электроника» для студентов 3 курса очной формы обучения.

Ил. 29. Табл. 9. Библиогр.: 5 назв.

УДК 621.382(07) ББК 32.85я7

Рецензент - С. А. Горемыкин, канд. техн. наук, доцент кафедры электромеханических систем и электроснабжения ВГТУ

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

2

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторные занятия являются одним из важнейших элементов учебного процесса.

Выполнение лабораторных работ по дисциплине «Электроника» для направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» (профиль «Электромеханика») имеет своей целью закрепление и углубление теоретических сведений, излагаемых в лекционных курсах и учебных пособиях.

При выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с цепями постоянного тока с линейными и нелинейными элементами, выпрямителями однофазного и трехфазного переменного напряжения, усилителями низкой частоты на биполярных транзисторах, компенсационными стабилизаторами напряжения, базовыми логическими схемами и RS-триггерами на их основе, с цифровыми устройствами регистрации числа импульсов; изучают работу полевого транзистора в аналоговых и ключевых схемах, исследуют генераторы синусоидальных колебаний.

Объем каждого лабораторного занятия рассчитан на 2-4 академических часа работы в лаборатории и на 1,5-2 часа домашней работы.

Для выполнения каждой лабораторной работы необходима предварительная подготовка.

Предварительная подготовка включает в себя следующее:

изучение соответствующих разделов по литературным источникам и конспекту лекций;

тщательное ознакомление с содержанием лабораторной работы по методическим указаниям, усвоение её целевого назначения и программы;

подготовку таблиц для занесения результатов испытаний;

ознакомление с правилами оформления экспериментальных данных, с правилами построения графических зависимостей.

Студент допускается к выполнению лабораторной работы после представления преподавателю отчета за предыдущую работу и при удовлетворительных ответах на контрольные вопросы для домашней подготовки.

На первом лабораторном занятии студент должен изучить инструкции по технике безопасности и расписаться в журнале инструктажа по технике безопасности.

Перед началом выполнения лабораторной работы студент должен на рабочем месте подробно ознакомиться с необходимой схемой соединения и только после этого приступить к сборке схемы. Сборку электрической схемы необходимо производить без напряжения при отключенных выключателях со стороны питающей сети. Собранная схема проверяется преподавателем, после чего дается разрешение на её включение.

Лабораторная работа выполняется в том порядке, какой указан в методических указаниях на выполнение лабораторной работы. Результаты

3

измерений заносятся в соответствующие таблицы каждым членом бригады. По полученным данным выполняются необходимые предварительные расчеты и строятся графики.

Черновые материалы представляются преподавателю, и после подписи работа считается законченной.

После выполнения полного объема лабораторной работы с разрешения преподавателя схема разбирается.

ПОРЯДОК ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Отчет выполняется каждым студентом индивидуально!

Окончательный отчет по выполненной лабораторной работе составляется во внеурочное время. Вычерчивание графических зависимостей и схем в отчете от руки, без применения чертежных принадлежностей не допускается.

Отчет к каждой работе должен содержать следующее:

1.Титульный лист

2.Название лабораторной работы.

3.Цель работы.

4.Принципиальные схемы.

5.Результаты исследований в виде таблиц, графиков и диаграмм.

6.Описание приборов и материалов, используемых в лабораторной

работе

7.Необходимые расчеты.

8.Выводы.

Отчет должен снабжаться титульным листом, на котором указывается: наименование института, кафедры, лаборатории, номер и название работы, шифр группы, фамилия и инициалы студента.

Расчеты должны производиться в системе СИ с необходимыми пояснениями. Схемы и графики должны выполняться в соответствии с ЕСКД. Если в одних координатных осях строится несколько графиков в функции одной независимой переменной, то нужно строить дополнительные оси параллельно основной и каждую со своей масштабной шкалой.

В заключение студент в письменном виде дает ответы на вопросы, поставленные в описании к данной лабораторной работе.

Отчет подписывается исполнителем, указывается дата оформления отчета.

После выполнение лабораторной работы и представления по ней правильно оформленного отчета студент отчитывается за проделанную работу.

Студенты, у которых все отчеты приняты, получают зачет по лабораторному курсу.

4

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Перед началом выполнения лабораторных работ студенты обязаны изучить инструкцию по технике безопасности и противопожарным мерам для работающих в лаборатории, ознакомиться с расположением силового оборудования и низковольтного оборудования стендов.

Во избежание несчастных случаев при работе в лаборатории необходимо строгое выполнение следующих основных правил техники безопасности:

До начала проведения лабораторной работы ознакомиться со схемой стенда на месте.

Сборка схем должна производиться при отключенной питающей

сети.

Нельзя прикасаться руками к неизолированным проводам, соединительным клеммам и другим частям схемы, находящимся под напряжением.

При работе с цепями переменного тока, содержащими последовательно соединенные индуктивности и емкости, следует помнить, что напряжение на индуктивности и емкости в некоторых случаях может быть много выше напряжения источника питания.

Изменения следует производить исправными приборами с хорошо изолированными проводами.

Смена предохранителей производится преподавателем или лаборантом при выключенном электропитании.

В случае неисправности стенда или прибора их необходимо отключить и сообщить об этом преподавателю.

Если произошел несчастный случай, то лабораторную установку следует отключить, а пострадавшему оказать первую помощь.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5 КОМПЕНСАЦИОННЫЕ СТАБАЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ

5.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить принцип работы и порядок расчета стабилизатора напряжения компенсационного типа.

5.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Высокое качество стабилизации напряжения можно получить при использовании компенсационных стабилизаторов, представляющих собой

5

автоматические регуляторы, в которых фактическое выходное напряжение сравнивается с эталонным (опорным) напряжением. Возникающий при этом сигнал рассогласования усиливается и воздействует на регулирующий элемент стабилизатора таким образом, чтобы выходное напряжение стремилось достичь эталонного уровня. В качестве источника опорного напряжения обычно используют параметрический стабилизатор, работающий с малыми токами нагрузки.

а б

Рис. 5.1. Структурная (а) и электрическая (б) схемы КСН последовательного типа

При положительном сигнале рассогласования (Uн–Uоп >0) внутреннее сопротивление РЭ возрастает и падение напряжения Uрэ на нем увеличивается. Поскольку РЭ и нагрузка включены последовательно, при увеличении Uрэ выходное напряжение уменьшается, стремясь к значению Uоп.

При отрицательном сигнале рассогласования (Uн–Uоп<0), наоборот, внутреннее сопротивление РЭ и падение напряжения на нем уменьшаются, что приводит к возрастанию выходного напряжения Uн.

Структурная принципиальная схема транзисторного компенсационного стабилизатора напряжения (КСН) последовательного типа приведена на рис. 5.1, а. Роль РЭ в этой схеме играет транзистор VТ1. С ростом величины |Uвх| выходное напряжение возрастает по абсолютному значению, создавая сигнал рассогласования Uбэ на входе усилителя постоянного тока (УПТ), выполненного на транзисторе VТ2. Ток коллектора транзистора VТ2 возрастает, а потенциал его коллектора становится более положительным относительно «земли». Напряжение «база-эмиттер» транзистора VТ1 уменьшается, что приводит к возрастанию внутреннего сопротивления этого транзистора и падению напряжения на нем. Выходное напряжение при этом уменьшается, стремясь к прежнему значению.

Плавная регулировка достигается с помощью делителя напряжения R1, R2, R3, включенного в выходную цепь (рис. 5.1, б).

Для повышения коэффициента стабилизации КСН необходимо увеличить коэффициент усиления УПТ. С этой целью можно применять двухкаскадные УПТ на транзисторах или с использованием операционного усилителя (ОУ). Схема КСН с ОУ приведена на рис. 5.2.

6

3.Подключите постоянное напряжение ко входу стабилизатора напряжения от клемм регулируемого источника напряжения.

4.Определите диапазон напряжений, в котором работает стабилизатор напряжения. Для этого ступенями по 2 (в) от 0 до 20 (в) увеличивайте входное напряжение и на каждом этапе контролируйте режим работы, установившейся в стабилизаторе. С помощью цифрового мультиметра измерьте напряжения в следующих точках: на выходе регулируемого источника питания или на входе стабилизатора, на выходе операционного усилителя и на выходе стабилизатора напряжения. Отметьте напряжение на входе стабилизатора, начиная с которого напряжение на выходе не изменяется. Полученные данные занесите в таблицу.

Рис. 5.3. Схема макета

5. Рассчитайте коэффициент стабилизации. Для этого измените входное напряжение на U=+5 в (от 20 до 25 вольт) и одновременно измерьте изменение выходного напряжения Uвых.

Кст = Uвх./ Uвых.

6. Для построения выходной характеристики КСН, измерьте изменение выходного напряжения с дополнительной нагрузкой. Повторите измерения для трех значений нагрузки.

Таблица

U вх

UОУ

вых

Uвых

7. По результатам измерений постойте график зависимости напряжения на выходе стабилизатора напряжения от напряжений на входе.

8

5.4.СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Вотчете должны быть представлены:

1.Принципиальная схема стабилизатора;

2.Спецификация на элементную базу;

3.Таблица результатов измерений;

4.График по пункту 4 и его анализ.

5.5.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения.

2.Объясните график зависимости Uвых от Uвх.

3.Каким образом можно регулировать выходное напряжение.

4.Что называется коэффициентом стабилизации. Какие параметры элементов схемы влияют на коэффициент стабилизации.

5.Что называется выходной характеристикой.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Основы промышленной электроники / под ред. В. Г. Герасимова. -

М.: Высш. шк., 1986. - 178 с.

2.Алексенко А. Г. Микросхемотехника: учебник / А. Г. Алексенко, И. И. Шагурин - М.: Радио и связь, 1982. - 414 с.

3.Королев Г. В. Электронные устройства автоматики: учеб. пособие для вузов / Г. В. Королев - М.: Высш. шк., 1991. - 255 с.

4.Фолкенберри Л. Применение операционных усилителей и линейных ИС / Л. Фолкенберри. - М.: Мир, 1985. - 565 с.

9